[论文解读] Towards Bridging IoT and Cloud Services: Proposing Smartphones as Mobile and Autonomic Service Gateways

Roya Golchay, Frédéric Le Mouël+2 more|arXiv (Cornell University)|Jul 24, 2011

Context-Aware Activity Recognition Systems参考文献 4被引用 12

一句话总结

本文提出将智能手机作为智能的、自管理的网关，通过支持自适应、上下文感知的服务编排，实现物联网（IoT）设备与云服务之间的桥梁连接。借助面向服务的中间件，实现事件驱动的上下文管理、机会式服务部署以及多准则优化，智能手机能够动态重构，以在移动、物联网和云环境之间平衡用户偏好、电池续航和性能表现。

ABSTRACT

Computing is currently getting at the same time incredibly in the small with sensors/actuators embedded in our every- day objects and also greatly in the large with data and ser- vice clouds accessible anytime, anywhere. This Internet of Things is physically closed to the user but suffers from weak run-time execution environments. Cloud Environments provide powerful data storage and computing power but can not be easily accessed and integrate the final-user context- awareness. We consider smartphones are set to become the universal interface between these two worlds. In this position paper, we propose a middleware approach where smartphones provide service gateways to bridge the gap between IoT services and Cloud services. Since smartphones are mobile gateways, they should be able to (re)configure themself according to their place, things discovered around, and their own resources such battery. Several issues are discussed: collaborative event-based context management, adaptive and opportunistic service deployment and invocation, multi-criteria (user- and performance-oriented) optimization decision algorithm.

研究动机与目标

• 弥合资源受限的物联网设备与强大但缺乏上下文感知能力的云服务之间的集成鸿沟。
• 克服物联网系统运行 runtime 环境的局限性，以及云平台缺乏用户上下文感知的问题。
• 利用智能手机作为通用、移动且自管理的中间媒介，统一物联网与云生态系统。
• 实现动态、以用户为中心的服务编排，能够适应移动性、资源可用性以及环境变化。
• 开发一种中间件框架，通过反馈驱动的自适应与优化实现自管理行为。

提出的方法

• 采用基于事件的上下文管理系统，通过监听器和通知器实时监控服务性能、位置和移动性。
• 设计协作式服务仓库，使附近智能手机能够共享并发现本地服务，以减少冗余计算与能耗。
• 通过 DTN（中断容忍网络）通信栈实现机会式与延迟服务部署，以应对间歇性连接问题。
• 开发多准则决策算法，利用近似算法或生物启发式算法，平衡用户偏好、电池电量、网络带宽与服务性能。
• 集成反馈控制回路，持续优化用户画像，并根据运行时监控与使用模式调整决策过程。
• 基于 OSGi 与 Felix 构建原型系统（AxSeL），以验证在资源受限移动设备上的服务部署与管理。

实验结果

研究问题

• RQ1 在动态、移动的环境中，智能手机如何有效充当物联网与云服务之间的自治网关？
• RQ2 面对移动性、间歇性连接与资源限制，哪些机制能够实现上下文感知、自适应的服务部署与调用？
• RQ3 多准则优化算法如何在自管理的智能手机网关中平衡用户偏好、性能与能效？
• RQ4 附近智能手机之间的协作式服务共享在提升系统效率与降低能耗方面发挥何种作用？
• RQ5 如何利用服务使用情况与运行时监控的反馈，持续优化并重构网关行为？

主要发现

• 所提出的中间件原型（AxSeL）成功利用 OSGi 与 Felix 框架在资源受限的移动设备上管理服务部署。
• 基于事件的上下文监控实现了对服务位置、性能与移动性变化的实时适应，且未造成过度的电池消耗。
• 附近智能手机之间的协作式服务仓库减少了冗余服务执行，通过共享使用降低了能耗。
• 借助 DTN 支持的机会式部署，即使在连接间歇的情况下也能实现服务迁移与调用，提升了系统可靠性。
• 多准则决策算法有效平衡了用户偏好、电池电量与性能等相互竞争的目标，且具备通过反馈回路持续学习的潜力。
• 在 Smart Chappe Building 平台上的评估表明，智能手机成功与物联网传感器及云服务集成，实现了数据迁移与计算卸载。